Le besoin croissant de biocapteurs optiques compacts, sélectifs, ultrasensibles, rapides et bas coût dans les domaines médical et environnemental a engendré une émergence de solutions technologiques, notamment les capteurs à bases de microrésonateurs optiques. Ces types de biocapteurs sont capables de fournir une détection sélective de très faibles concentrations de biomolécules si leurs surfaces sont fonctionnalisées. En revanche, les deux méthodes optiques d'interrogation actuelles, balayage spectral et variation de l’intensité, ne peuvent ni fournir la sensibilité de la phase du signal optique propagé dans le capteur, ni les paramètres opto-géométriques (perte par propagation, l'indice effectif, coefficient de couplage, etc) nécessaires pour une modélisation de la réponse du capteur. Pour accéder à ces informations, nous avons proposé d’utiliser l'interféromètre optique à faible cohérence sensible à la phase comme une technique alternative d’interrogation et de caractérisation de microrésonateurs. La première partie des travaux de cette thèse est consacrée à l’étude de conception et de réalisation de microrésonateurs monomodes possédant un facteur de qualité supérieur à 20000 dans l'eau. Cette étude a été validée par la réalisation technologique, à l'aide des procédés de photolithographie classique et de gravure sèche au plasma d'oxygène, de microrésonateurs polymères possédant des facteurs de qualité allant jusqu'à 38 200. La deuxième partie des travaux de thèse est dédiée à l'adaptation du dispositif PS-OLCI, initialement développé au Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) pour interroger les composants des télécommunications optiques, pour la caractérisation de microrésonateurs optiques. Les résultats obtenus en évaluant les performances spatiales et spectrales de différents microrésonateurs ont montré que le dispositif PS-OLCI n'est pas seulement un outil d'interrogation et de caractérisation mais aussi un véritable outil d’aide à la conception de microrésonateurs optiques. Une modélisation, validée par l'ajustement des mesures expérimentales, de la réponse PS-OLCI d'un microrésonateur, met en évidence la relation existant entre l'interférogramme et les intégrales de Fresnel. La dernière partie de nos travaux concerne l'association du dispositif PS-OLCI et d’un composant optofluidique, constitué de microrésonateurs et d’un circuit microfluidique en polymères, pour la détection d’espèces biologiques. A cet effet, la molécule de glucose a été choisie pour démontrer la détection homogène ou volumique en solution aqueuse en obtenant respectivement les limites de détection de l'ordre de 50 µg/ml et de 2 µg/ml en exploitant l’intensité ou la phase des mesures PS-OLCI. Ces performances démontrent la capacité de notre capteur à déceler des biomolécules en faible concentration ainsi que la pertinence de la mesure de la phase, d'où l'intérêt du dispositif PS-OLCI. Pour remédier au problème de sélectivité du capteur en détection homogène, la méthode de détection surfacique est utilisée. La problématique de chimie de surface des polymères, c'est à dire la fonctionnalisation des surfaces des guides polymères en vue d’une détection surfacique, a d'abord été effectuée. Les limites de détection obtenues en détection surfacique sont ensuite évaluées à leur tour pour différents types de molécules particulièrement les protéines telles que la streptavidine ou la biotine. Les performances de détection de streptavidine obtenues sont au moins 10 fois meilleures que celles obtenues à l’aide de la technique de Résonance de Plasmons de Surface considérée à ce jour comme la technique de référence en biodétection sans marqueur. Ces premiers résultats, présentant des marges importantes d’amélioration, contribuent à démontrer que les capteurs à base de microrésonateurs optiques sont des candidats potentiels très prometteurs pour la détection de très faibles concentrations de biomolécules pour l’analyse biochimique. / The increasing need for compact, selective, ultrasensitive, fast and affordable optical biosensors in the medical and environmental sectors gave rise to new technological solutions, especially regarding sensors based on optical microresonators. If their surfaces are functionalized, these biosensors can provide a selective detection of low concentrations of biomolecules. However, two common optical interrogation methods – spectral scanning and intensity variation – cannot provide the same sensitivity as the method using phase detection of the guided modes nor the opto-geometrical parameters (propagation loss, effective refractive index, coupling coefficient), needed for the modeling of the sensor response. To get this information, we proposed to use the Phase Sensitive-Optical Low Coherence Interferometer (PS-OLCI) as a new alternative technical solution for interrogation and characterization of microresonators. The first part of this thesis is dedicated to the conception and fabrication of single mode microresonators with a quality factor higher than 20 000 in water. This work was validated by the manufacture of polymer microresonators with a quality factor up to 38 200, using UV photolithography and Reactive Ion Etching (RIE) processes. The second part of this work covers the adaptation of PS-OLCI setup, initially developed at Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE), to interrogate optical telecommunication devices, for the characterization of optical microresonators. The results, obtained through the analysis of spatial and spectral performances of various microresonators, showed that the PS-OLCI setup is not only an interrogation and characterization tool but also a real support tool for designing optical microresonators. The performed modelling of the PS-OLCI and microresonator association response, validated by the fitting of the experimental data, demonstrated the relation between PS-OLCI measurements and Fresnel integrals. The last part of this work is dedicated to label free biosensing experiments using PS-OLCI setup associated to an optofluidic component, made of polymer optical microresonators and polymer microfluidic circuit, to detect biological species. The glucose molecule was chosen to demonstrate the homogeneous sensing experiments in aqueous solution. The obtained detection limits are around 50 µg/ml when we exploited intensity and around 2 µg/ml when we exploited the PS-OLCI measurements phase. These results demonstrate the high sensitivity of the proposed biosensor as well as the value of the optical phase measurement, hence the interest of PS-OLCI set up. To address the problem of sensor selectivity in homogeneous sensing method, surface sensing experiences were performed. The first step of this method was the functionalization of the sensor surface, by binding adequate recognition molecular sites to the sensor surface in order to immobilize target molecules. Proteins were then chosen to perform this very same type of experiences. The preliminary results in the 0.02 pg/mm2 range clearly show that our sensors is ten times more sensitive than Surface Plasmon Resonance, which is actually considered among the most successful label free sensing methods. These first results, which can be improved, demonstrate that the sensors based on optical microresonators are promising candidates for the detection of low concentrations of biomolecules for biochemical investigation.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique et astrophysique : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. 79 réf. bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : chimie et physico-chimie des polymères : Le Mans : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 209-210.

Thèse de doctorat : Automatique : Metz : 2007. / Thèse soutenue sur ensemble de travaux. Bibliogr. p. 153-162.

Thèse de doctorat : Automatique : Metz : 2007. / Thèse soutenue sur ensemble de travaux. Bibliogr. p. 141-154.

Reproduction de : Thèse doctorat : Automatique : Metz : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Nos travaux de recherche concernent l'étude de la spectroscopie moyen-infrarouge exaltée de surface par des effets de plasmonique de surface ou SEIRA (acronyme de l'anglais Surface Enhanced InfraRed Absorption) pour la détection de composés organiques dissous dans le milieu marin. Deux voies de synthèse ont été explorées. D'abord, des films d'or rugueux formés de nanoparticules en forme d'îlots ont été déposés par pulvérisation cathodique sur des substrats en verre de chalcogénures. Ensuite, la lithographie par faisceau électronique a permis d'obtenir des nano-antennes d'or. Les verres de chalcogénures, support de l'étude, sont transparents dans le moyen-infrarouge et pourront être aisément mis en forme pour fabriquer des systèmes optiques complexes : guides planaires, fibres optiques... Les conditions de dépôt ont été étudiées pour atteindre une morphologie optimisée des films d'or. Les mesures à partir d'une molécule teste, le 4-nitrothiophénol, formant une monocouche auto-assemblée à la surface du métal, ont mis en évidence un effet SEIRA pour certaines liaisons chimiques. Les résultats montrent un facteur d'exaltation inférieur à 100 avec les films pulvérisés et de l'ordre de 106 avec les nano-antennes d'or. La technique de pulvérisation cathodique est simple à mettre en oeuvre, permet de couvrir des surfaces de plusieurs cm², mais la reproductibilité en terme d'exaltation est difficile à assurer et l'exaltation reste faible. La lithographie par faisceau électronique est plus lourde à mette en oeuvre, la surface est limitée à quelques dizaines de μm² et la bande plasmon est très localisée en longueur d'onde, mais la reproductibilité est bonne et l'exaltation importante.

Cette thèse traite du suivi automatique de personne à travers la mise en oeuvre d'un système de vision hybride alliant un capteur ayant un grand champ de vue et une résolution faible avec un dispositif Pan-Tilt-Zoom orientable garantissant le détail de l'information. Une première partie est consacrée à la proposition d'une solution originale de calibrage lorsque les centres optiques des deux capteurs sont pratiquement confondus. Dans une seconde partie, nous abordons la mise en relation des informations extraites de chaque capteur et leur enrichissement mutuel nécessaire à la relation du suivi de personne basée sur une approche de filtrage particulaire : l'étape de prédiction du filtre est guidée par la détection issue de la caméra statique et la mesure est donnée par une modélisation d'apparence de la cible extraite de la caméra dynamique. Enfin, les premiers résultats de suivi sont présentés et analysés.

Le principal objectif de cette thèse a été de mettre en œuvre des lasers solide à base de verre phosphate codopé Yb3+:Er3+ pompés par diode afin d'étudier leur comportement lorsqu'ils sont soumis à une rétroinjection optique. Ces lasers présentent comme principaux avantages par rapport à d'autres sources une très grande sensibilité à la rétroinjection compte tenu des propriétés de l'ion Er3+ favorisant les oscillations de relaxation du laser. D'autre part, la longueur d'onde d'émission 1,535 µm appartient au domaine de sécurité oculaire.<br /> En premier lieu, nous avons établi les équations d'évolution temporelle de l'inversion de population et du champ électrique d'un laser à 3 niveaux (Yb:Er) soumis à un retour optique décalé en fréquence. Nous avons ensuite réalisé une étude comparative de l'influence du milieu à gain (système à 3 niveaux Yb:Er ou à 4 niveaux LNA:Nd) et des paramètres de cavité sur la sensibilité à la rétroinjection optique. <br /> Les lasers réalisés ont été ensuite mis en œuvre dans divers expériences de rétroinjection optique permettant des mesures originales de vitesse, de distance ou de vibration pour la restitution d'un son. <br /> La quatrième partie de ce mémoire est consacrée à la mise en œuvre d'un laser bi-fréquence. Un tel laser oscille simultanément sur deux états propres de polarisation orthogonaux dont les fréquences optiques sont légèrement décalées. On peut alors utiliser le battement entre ces deux états propres en rétroinjection optique pour réaliser une détection hétérodyne ou self-hétérodyne.

Thèse de doctorat : Sciences et techniques : Villeurbanne, INSA : 1999. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 176-182.